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球形开孔泡沫铝/聚氨酯（Spherical Cell Aluminum Foam/Polyurethane，SCAF/PU）复合材料是一种兼具阻尼和刚度一体的新型高阻尼材料。为了探索 SCAF/PU 复合材料应用于土木工程结构减震控制领域的可靠形式和有效性，本文研制了两种不同耗能机制、各具性能优势的 SCAF/PU 复合材料阻尼器。围绕该类阻尼器的力学性能与减震应用，在 SCAF/PU 复合材料阻尼器的性能试验、力学模型及其结构减震控制应用等方面进行了较为深入的研究。所开展的主要研究工作和取得的主要成果包括：
（1）开展了SCAF/PU剪切型阻尼器在不同预紧力、剪切厚度、基体泡沫铝孔隙率、加载频率、加载幅值和循环次数等主要参数和加载工况下的性能试验，研究了其刚度、输出力、耗能量和阻尼比等性能参数的变化规律。结果表明：SCAF/PU剪切型阻尼器的性能具有典型的位移幅值相关性，且在建筑结构低频范围内较稳定；施加预紧力或增大剪切层厚度可显著增强其耗能性能，但也使之刚度减弱且输出力更早地随加载幅值增加而下降；由基体泡沫铝孔隙率更高的 SCAF/PU 复合材料制成的该阻尼器，具有更高的阻尼比。
（2）开展了 SCAF/PU 摩擦-剪切型阻尼器在不同预紧力、剪切厚度和加载幅值等主要参数和加载工况下的力学性能试验，研究了其刚度、输出力、耗能量和阻尼比等性能参数的变化规律。结果表明：SCAF/PU 摩擦-剪切型阻尼器具有典型的两阶段的性能演变特点。在小位移阶段，由金属铝提供摩擦耗能，滞回曲线饱满，具有良好的减震耗能特性；在中、大位移阶段，则由SCAF/PU复合材料进行剪切耗能，耗能量显著增加，力学性能与 SCAF/PU 剪切型阻尼器基本相似。同时，研究表明增大预紧力可同时提高该阻尼器的力学性能和耗能效果，增加剪切层厚度仅能明显改善其耗能性能。
（3）根据SCAF/PU复合材料阻尼器的力学特性，分别建立了描述其滞回特征的“分段非线性指数模型”和预测其性能参数的“三参数幂函数模型”，对该类阻尼器的力学性能进行数值模拟。结果表明：“分段非线性指数模型”可较好地考虑加载幅值对SCAF/PU复合材料阻尼器滞回性能的影响。对于 SCAF/PU 剪切型阻尼器，该模型能够准确地模拟其在应变幅值为0.2~0.75范围内的滞回曲线；对于SCAF/PU-摩擦-剪切型阻尼器，该模型能够准确地模拟在其应变幅值为0.3~1.0范围内的滞回曲线。同时，“三参数幂函数模型”可以有效地描述SCAF/PU剪切型阻尼器的主要力学性能参数在50圈加载循环以内的变化规律，并预测出耗能量和阻尼比最终的稳定值。
（4）基于SCAF/PU复合材料阻尼器的力学性能，以一栋5层钢框架结构为算例，采用三种不同的减震方案，对该类阻尼器在此结构中的地震反应进行有限元分析。结果表明：在三种符合抗震规范要求且频谱特性不同的地震波作用下，SCAF/PU复合材料阻尼器均能有效地减小结构的顶层位移、顶层加速度和层间位移等地震响应指标，各指标的减震率可达到10%~40%。增加SCAF/PU复合材料阻尼器的数量，并将其对称置于结构第2、4和5层，可实现最优的减震控制效果。
（1）开展了SCAF/PU剪切型阻尼器在不同预紧力、剪切厚度、基体泡沫铝孔隙率、加载频率、加载幅值和循环次数等主要参数和加载工况下的性能试验，研究了其刚度、输出力、耗能量和阻尼比等性能参数的变化规律。结果表明：SCAF/PU剪切型阻尼器的性能具有典型的位移幅值相关性，且在建筑结构低频范围内较稳定；施加预紧力或增大剪切层厚度可显著增强其耗能性能，但也使之刚度减弱且输出力更早地随加载幅值增加而下降；由基体泡沫铝孔隙率更高的 SCAF/PU 复合材料制成的该阻尼器，具有更高的阻尼比。
（2）开展了 SCAF/PU 摩擦-剪切型阻尼器在不同预紧力、剪切厚度和加载幅值等主要参数和加载工况下的力学性能试验，研究了其刚度、输出力、耗能量和阻尼比等性能参数的变化规律。结果表明：SCAF/PU 摩擦-剪切型阻尼器具有典型的两阶段的性能演变特点。在小位移阶段，由金属铝提供摩擦耗能，滞回曲线饱满，具有良好的减震耗能特性；在中、大位移阶段，则由SCAF/PU复合材料进行剪切耗能，耗能量显著增加，力学性能与 SCAF/PU 剪切型阻尼器基本相似。同时，研究表明增大预紧力可同时提高该阻尼器的力学性能和耗能效果，增加剪切层厚度仅能明显改善其耗能性能。
（3）根据SCAF/PU复合材料阻尼器的力学特性，分别建立了描述其滞回特征的“分段非线性指数模型”和预测其性能参数的“三参数幂函数模型”，对该类阻尼器的力学性能进行数值模拟。结果表明：“分段非线性指数模型”可较好地考虑加载幅值对SCAF/PU复合材料阻尼器滞回性能的影响。对于 SCAF/PU 剪切型阻尼器，该模型能够准确地模拟其在应变幅值为0.2~0.75范围内的滞回曲线；对于SCAF/PU-摩擦-剪切型阻尼器，该模型能够准确地模拟在其应变幅值为0.3~1.0范围内的滞回曲线。同时，“三参数幂函数模型”可以有效地描述SCAF/PU剪切型阻尼器的主要力学性能参数在50圈加载循环以内的变化规律，并预测出耗能量和阻尼比最终的稳定值。
（4）基于SCAF/PU复合材料阻尼器的力学性能，以一栋5层钢框架结构为算例，采用三种不同的减震方案，对该类阻尼器在此结构中的地震反应进行有限元分析。结果表明：在三种符合抗震规范要求且频谱特性不同的地震波作用下，SCAF/PU复合材料阻尼器均能有效地减小结构的顶层位移、顶层加速度和层间位移等地震响应指标，各指标的减震率可达到10%~40%。增加SCAF/PU复合材料阻尼器的数量，并将其对称置于结构第2、4和5层，可实现最优的减震控制效果。